Обмен данными CAD - CAD data exchange

Обмен данными САПР - это способ обмена данными, используемый для перевода данных между различными системами автоматизированного проектирования ( САПР ) или между САПР и другими последующими системами CAx .

Многие компании используют различные системы САПР внутри компании и обмениваются данными САПР с поставщиками, клиентами и субподрядчиками. Передача данных необходима для того, чтобы, например, одна организация могла разрабатывать модель САПР, а другая выполняла работу по анализу той же модели; в то же время за производство продукции отвечает третья организация. Системы САПР, доступные в настоящее время на рынке, различаются не только целями приложений, пользовательскими интерфейсами и уровнями производительности, но также структурами данных и форматами данных, поэтому точность в процессе обмена данными имеет первостепенное значение, и необходимы надежные механизмы обмена.

Процесс обмена нацелен в первую очередь на геометрическую информацию данных САПР, но он также может быть нацелен на другие аспекты, такие как метаданные , знания, производственная информация, допуски и структура сборки.

Для обмена данными САПР доступны три варианта: прямой перевод модели, нейтральный обмен файлами и сторонние переводчики.

Содержание данных САПР

Первоначально предназначенная для геометрической информации ( каркас , поверхности , твердые тела и чертежи ) продукта, в настоящее время есть и другие фрагменты информации, которые можно получить из файла САПР:

Различные типы информации о продукте, предназначенные для процесса обмена, могут различаться на протяжении жизненного цикла продукта. На более ранних этапах процесса проектирования больше внимания уделяется геометрическим аспектам и аспектам проектного замысла обмена данными, в то время как метаданные и данные приложений более важны на более поздних этапах разработки продукта и процесса.

Варианты обмена данными

Прямой перевод модели

Прямые переводчики данных предоставляют прямое решение, которое влечет за собой перевод данных, хранящихся в базе данных продукта, непосредственно из одного формата системы CAD в другой, обычно за один этап. В прямом трансляторе данных обычно существует нейтральная база данных. Структура нейтральной базы данных должна быть общей, регулироваться минимально необходимыми определениями любого из типов данных моделирования и быть независимой от любого формата поставщика. Основные CAD системы, такие как SolidWorks , PTC Creo , Siemens NX и CATIA могут непосредственно читать и / или писать другие форматы CAD, просто с помощью File Open и File Save As вариантов. Этот вариант ограничен тем фактом, что большинство форматов САПР являются проприетарными, поэтому прямые переводчики обычно однонаправлены, частично функциональны и не стандартизированы.

Нейтральный обмен файлами

При нейтральном обмене файлами используется промежуточный нейтральный формат для перевода данных между системами САПР. Этот метод начинается с препроцессора, встроенного в исходную систему САПР, который генерирует нейтральный файл из исходного формата САПР. Целевая система CAD постобработает нейтральный файл и преобразует его в целевой исходный формат. Некоторые нейтральные форматы определены организациями по стандартизации, такими как IGES и STEP, в то время как другие являются проприетарными, но все еще широко используются и считаются квазиотраслевыми стандартами.

Нейтральные форматы

  • IGES (Initial Graphics Exchange Specification) - возникла в конце 1979 года и первоначально опубликована Американским национальным институтом стандартов (ANSI) в 1980 году до широкомасштабного внедрения технологии САПР в отрасли. Этот формат файла рассматривает определение продукта как файл сущностей, причем каждая сущность представлена ​​в независимом от приложения формате. После первого выпуска STEP (ISO 10303) в 1994 году интерес к дальнейшему развитию IGES снизился, и версия 5.3 (1996) стала последним опубликованным стандартом.
  • DXF ( формат обмена чертежами ) - разработан Autodesk в 1982 году в качестве решения для обеспечения взаимодействия данных между AutoCAD и другими системами САПР. DXF в основном основан на 2D, и его формат представляет собой представление данных с тегами всей информации, содержащейся в файле чертежа AutoCAD, что означает, что каждому элементу данных в файле предшествует целое число, которое называется групповым кодом, указывающим тип. следующего элемента данных. Поскольку большинство разработчиков коммерческого прикладного программного обеспечения решили поддерживать собственный DWG Autodesk в качестве формата для взаимодействия данных AutoCAD, DXF стал менее полезным.
  • VDA-FS ( Verband der Automobilindustrie - Flächenschnittstelle) - создано Немецкой ассоциацией автомобильной промышленности в 1982 году в качестве метода взаимодействия для поверхностей произвольной формы. Этот формат отличается от других форматов тем, что он поддерживает только передачу данных кривых и поверхностей произвольной формы с соответствующими комментариями, но не поддерживает передачу других геометрических или негеометрических объектов. Таким образом, он ограничен представлениями параметрическими полиномами , но он охватывает подавляющее большинство САПР произвольной формы. Он включает типы тензорных произведений Безье , B-сплайнов и Кунса для поверхностей и соответствующих кривых. Спецификация VDA-FS выпущена в немецком промышленном стандарте DIN 66301.
  • PDES (Product Data Exchange Specification) - возникла в 1988 году в рамках исследования интерфейса данных определения продукта (PDDI), проведенного McDonnell Aircraft Corporation от имени ВВС США. PDES был разработан для полного определения продукта для всех приложений в течение его ожидаемого жизненного цикла, включая геометрию, топологию, допуски, отношения, атрибуты и функции, необходимые для полного определения детали или сборки деталей. PDES можно рассматривать как расширение IGES, куда были добавлены организационные и технологические данные. Фактически, более поздний PDES содержал IGES. Разработка PDES под руководством организации IGES и в тесном сотрудничестве с Международной организацией по стандартизации ( ISO ) привела к рождению STEP .
  • STEP ( ISO 10303 - Стандарт обмена данными модели продукта ) - работа со стандартом ISO 10303 была начата в 1984 году и первоначально опубликована в 1994 году с целью стандартизации обмена данными о продукте между системами PLM . Это очень полный набор спецификаций, охватывающий множество различных типов продуктов и многие этапы жизненного цикла. STEP использует нейтральный формат ISO 10303-11, также известный как схема EXPRESS . EXPRESS определяет не только типы данных, но также отношения и правила, применяемые к ним. STEP поддерживает обмен данными, совместное использование данных и архивирование данных. Для обмена данными STEP определяет временную форму данных о продукте, которые должны передаваться между парой приложений. Он поддерживает совместное использование данных, предоставляя доступ к одной копии одних и тех же данных о продукте и позволяя работать с ней более чем одним приложением, возможно, одновременно. STEP также может использоваться для поддержки разработки самих архивных данных о продукте. STEP состоит из нескольких сотен документов, называемых частями . Каждый год добавляются новые детали или выпускаются новые версии старых деталей. Это делает STEP самым большим стандартом в ISO. Детали серии 200 STEP называются протоколами приложений (AP), при этом определенные части напрямую связаны с системами CAD:
    • 203 (Трехмерное проектирование механических деталей и сборок с контролируемой конфигурацией) - в основном используется для трехмерного проектирования и создания структуры продукта. Подмножество AP214, но наиболее широко используемое.
    • 210 (Электронная сборка, дизайн межсоединений и упаковки) - САПР для печатных плат .
    • 212 (Электротехническое проектирование и монтаж) - САПР для электромонтажа и жгута проводов .
    • 214 (Основные данные для процессов проектирования автомобильной механики) - Как STEP представлен в текстовом файле для обмена.
    • 238 ( интерпретируемая модель приложения STEP-NC для компьютеризированных числовых контроллеров) - информация о процессе обработки в CAD, CAM и ЧПУ .
    • 242 (3D-проектирование на основе управляемой модели) - объединение двух ведущих прикладных протоколов STEP, AP 203 и AP 214.
  • Parasolid XT - часть ядра геометрического моделирования Parasolid, первоначально разработанного компанией Shape Data и в настоящее время принадлежащего Siemens PLM Software . Parasolid может представлять каркасные, поверхностные, твердотельные, ячеистые и общие немножественные модели. Он хранит топологическую и геометрическую информацию, определяющую форму моделей в передаваемых файлах. Эти файлы имеют опубликованный формат, поэтому приложения могут иметь доступ к моделям Parasolid без обязательного использования ядра Parasolid. Parasolid может принимать данные из других форматов разработчиков моделей. Его уникальная функциональность толерантного моделирования позволяет учитывать и компенсировать менее точные данные.

Сторонние переводчики

Несколько компаний специализируются на программном обеспечении для преобразования данных САПР, которое может считывать данные из одной системы САПР и записывать информацию в формате другой системы САПР. Есть несколько компаний, которые предоставляют низкоуровневые программные инструменты для прямого чтения и записи основных форматов файлов САПР. Большинство разработчиков САПР лицензируют эти наборы инструментов, чтобы добавить в свои продукты возможности импорта и экспорта. Также существует значительное количество компаний, которые используют низкоуровневые инструменты перевода в качестве основы для создания автономных приложений для перевода и проверки для конечных пользователей. Эти системы имеют собственный промежуточный формат, некоторые из которых позволяют просматривать данные во время перевода. Некоторые из этих переводчиков работают автономно, в то время как другим требуется один или оба пакета САПР, установленные на машине перевода, поскольку они используют код ( API ) из этих систем для чтения / записи данных. Некоторые компании также используют эти низкоуровневые инструменты для создания плагинов импорта или экспорта для других приложений САПР.

Список программных инструментов для разработчиков

Список автономных приложений перевода для конечных пользователей

Список плагинов для приложений САПР

Качество обмена данными

Качество данных может рассматриваться как внутренне, так и внешне. Внутренние проблемы связаны со структурой модели САПР до начала любого процесса перевода, в то время как внешние проблемы связаны с проблемами, возникающими во время перевода. Разработка STEP - лучшее решение для решения внешних проблем, расширение его текущих возможностей для поддержки двухмерных параметрических сечений, трехмерных параметрических сборок и моделирования на основе истории. Качество данных о продукте - ключевой вопрос, позволяющий избежать внутренних проблем обмена данными и упростить интеграцию последующих приложений в цепочку проектирования.

Поскольку каждая система САПР имеет свой собственный метод описания геометрии, как математически, так и структурно, всегда есть некоторая потеря информации при переводе данных из одного формата данных САПР в другой. Одним из примеров является трансляция между системами САПР, использующими разные ядра геометрического моделирования, в которых несоответствия трансляции могут привести к аномалиям в данных. Промежуточные форматы файлов также ограничены в том, что они могут описывать, и они могут интерпретироваться по-разному как отправляющей, так и принимающей системами. Поэтому при передаче данных между системами важно определить, что необходимо перевести. Если для последующего процесса требуется только 3D-модель, то необходимо передать только описание модели. Однако есть уровни детализации. Например: каркас данных, поверхность или твердое тело; требуется информация о топологии ( BREP ); должны ли идентификация граней и краев сохраняться при последующих модификациях; должна ли информация о функциях и история сохраняться между системами; и является аннотацией PMI для передачи. Для моделей продукта может потребоваться сохранение структуры сборки. Если чертежи необходимо перевести, геометрия каркаса обычно не является проблемой; однако текст, размеры и другие аннотации могут быть проблемой, особенно шрифты и форматы. Независимо от того, какие данные должны быть переведены, также необходимо сохранить атрибуты (например, цвет и слой графических объектов) и метаданные, хранящиеся в файлах.

Некоторые методы перевода более успешны, чем другие, при переводе данных между системами САПР. Родные форматы предлагают простой перевод трехмерных тел, но даже в этом случае есть несколько подводных камней, на которые следует обращать внимание. Если две системы CAD используют разные представления для одного типа геометрии, в какой-то момент представление должно быть преобразовано или даже отброшено, независимо от типа преобразования. Современные нейтральные форматы призваны решить эту проблему. Старые нейтральные форматы, такие как IGES, могут иметь некоторые проблемы с переводом, такие как потеря исходного цвета деталей или неправильное положение тел. Это больше не относится к современным стандартам, таким как STEP AP242, который включает свойства проверки. Свойства проверки - это ключевые характеристики модели (центр тяжести твердого тела, влажная область поверхности, характеристики PMI или даже контрольные точки на форме), которые хранятся передающей системой и проверяются принимающей системой. Это позволяет контролировать качество импортируемых данных. Качество обмена с использованием STEP настолько важно, что регулярные тесты проводятся независимыми ассоциациями (AFNeT, PDES, inc., ProSTEP iViP) для проверки обменов между различными системами CAD и PLM.

В некоторых системах САПР есть функции для сравнения геометрии двух моделей. Таким образом, пользователь может сравнить модель до и после перевода из одного САПР в другой, чтобы оценить качество перевода и исправить обнаруженные дефекты. Но часто такие функции позволяют сравнивать только мозаику двух моделей. Сравнивать топологические элементы двух 3D-моделей и восстанавливать их ассоциативность для отображения групп измененных граней - действительно сложная алгоритмическая проблема, потому что в разных САПР геометрические данные очень разные, но иногда это возможно. Например, компонент LEDAS Geometry Comparison на основе ядра C3D может быть интегрирован в систему CAD (например, Autodesk Inventor ) для сравнения 3D-моделей и выявления всех различий между ними.

Цифровые мокапы MultiCAD

Две тенденции CAD / CAM / CAE PLM движут технологиями обмена данными САПР. Одна из них - необходимость тесного взаимодействия в рамках сегодняшних предприятий с расширенной поддержкой multiCAD. Другой - это возросшая зависимость от цифровых макетов, позволяющих визуализировать, проектировать в контексте, моделировать и анализировать крупномасштабные сборки до фактического производства физического продукта. Постоянное развитие технологий обмена данными позволило в значительной степени удовлетворить эти потребности.

Возможность визуализировать сборки среднего, если не большого размера, была одним из первых успехов этих форматов перевода САПР. Улучшения оборудования и разработка облегченных форматов поддерживали сборки большего размера.

Текущие достижения теперь позволяют «Активный мокап». Эта технология позволяет проектировать в контексте моделирования, такого как анализ динамического зазора и автоматическое создание огибающих движения. Активные макеты позволяют редактировать компоненты непосредственно в сборке из нескольких САПР. Дисплеи с несколькими уровнями детализации поддерживают интерактивную производительность даже в огромных сборках.

Обмен данными CAD в CAM

Программирование ЧПУ обычно требует, чтобы геометрия, полученная из системы САПР, будь то в каркасном, поверхностном, твердом или комбинированном форматах, не содержала никаких неровностей и несоответствий, которые могли возникнуть на этапе создания геометрии САПР. Поэтому обмен данными из CAD в CAM должен включать инструменты для выявления и устранения этих несоответствий. Эти инструменты обычно включены в программное обеспечение для обмена данными каждого набора решений CAM.

В настоящей среде PLM обмен данными между CAD и CAM должен обеспечивать нечто большее, чем просто передачу геометрии. Информация о производстве продукции , созданная разработчиком для использования в производстве или созданная производственной организацией для использования при проектировании, должна быть частью системы обмена данными. STEP-NC был разработан для переноса GD&T и других PMI через CAD и CAM в ЧПУ.

Рекомендации